DIODA

(Laporan Praktikum Elektronika Dasar I)

Penyusun :

1. Eka Nurhayanti (0913022088)

2. Febrianti Manulang (0913022044)

3. Hanny Kruisdiarti (0913022048)

4. Mitha P. Mahardika (0913022054)

5. Merta Dhewa Kusuma (0913022052)

Program Studi : Pendidikan Fisika

Kelas : B

Dosen : Drs. Eko Suyanto, M. Pd

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2011

ISI

1. Judul : Dioda

2. Tujuan :

a. Menguji arah aliran arus sebuah dioda dan untuk mengenali

terminal-terminalnya

b. Menguji penghalusan dan suplai daya

c. Menguji suplai daya d.c. radio transistor sederhana

d. Menguji aturan kerja suplai daya d.c. sederhana

3. Tinjauan Pustaka

Dioda

Dioda ialah jenis vacum tube yang memiliki dua buah elektroda. Dioda

tabung pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang

bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904.

Dioda adalah salah satu komponen elektronika pasif. Dioda memiliki buah

dua kutub yaitu kaki anoda dan kaki katoda. Dioda terbuat dari bahan semi

konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang di saling dihubungkan.

Gambar Konfigurasi Dioda

Masing-masing konduktor yang terdapat pada dioda memiliki fungsi.

Untuk Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai Anoda dan untuk semi

konduktor tipe N berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan 2

jenis semi konduktor yang berlawanan ini akan muncul daerah deplesi

yang akan membentuk gaya barier. Gaya barier ini dapat ditembus dengan

tegangan + sebesar 0.7 volt yang dinamakan sebagai break down voltage,

yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat sebagai

konduktor/penghantar arus listrik.

Anoda dan Katoda

Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda.

Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N.

Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional dimana arus

mudah mengalir dari sisi P ke sisi N. Untuk mengetahui letak anoda dan

katoda biasanya diberi tanda pada ujungnya berupa gelang atau berupa

titik yang menandakan letak katoda, seperti terlihat pada gambar di bawah

ini.

Gambar 1 : Simbol dan struktur dioda

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi

kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat

keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P

banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi

N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu

jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P

lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan

tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole

disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron.

Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan terminologi

arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

Gambar 2 : dioda dengan bias maju

Sebalikya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan

memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat

polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.

Gambar 3 : dioda dengan bias negatif

Tentu jawabanya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran

hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron

masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi

(depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.

Demikianlah sekelumit bagaimana dioda hanya dapat mengalirkan arus

satu arah saja. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah

menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi memang

tegangan beberapa volt diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini

disebabkan karena adanya dinding deplesi (deplesion layer). Untuk dioda

yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.7 volt.

Kira-kira 0.2 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan

Germanium.

Gambar 4 : grafik arus dioda

Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun

memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru

terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron

yang terbentuk di lapisan deplesi.

Pencatu daya listrik

Secara garis besar, pencatu daya listrik dibagi menjadi dua macam, yaitu

pencatu daya tak distabilkan dan pencatu daya distabilkan. Pencatu daya

tak distabilkan dan Pencatu daya distabilkan.Pencatu daya tak distabilkan

merupakan jenis pencatu daya yang paling sederhana. Pada pencatu daya

jenis ini, tegangan maaupun arus keluaran dari pencatu daya tidak

distabilkan, sehingga berubah-ubah sesuai keadaan tegangan masukan dan

beban pada keluaran. Pencatu daya jenis ini biasanya digunakan pada

peranti elektronika sederhana yang tidak sensitif akan perubahan tegangan.

Pencatu jenis ini juga banyak digunakan pada penguat daya tinggi untuk

mengkompensasi lonjakan tegangan keluaran pada penguat. Pencatu daya

distabilkan, pencatu jenis ini menggunakan suatu mekanisme loloh balik

untuk menstabilkan tegangan keluarannya, bebas dari variasi tegangan

masukan, beban keluaran, maupun dengung. Ada dua jenis kalang yang

digunakan untuk menstabilkan tegangan keluaran, antara lain:

Penyearah

Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada

gambar-1 berikut ini. Transformator (T1) diperlukan untuk menurunkan

tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi

tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.

Pada rangkaian ini, dioda (D1) berperan hanya untuk merubah dari arus

AC menjadi DC dan meneruskan tegangan positif ke beban R1. Ini yang

disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk

mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan

transformator dengan center tap (CT) seperti pada gambar-2.

Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa

yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT

transformator sebagai common ground.. Dengan demikian beban R1

mendapat suplai tegangan gelombang penuh seperti gambar di atas. Untuk

beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor dc yang kecil

atau lampu pijar dc, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai.

Walaupun terlihat di sini tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas

masih sangat besar.

Gambar 3 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter

kapasitor C yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini

bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar-4

menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah

setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah

garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini arus

untuk beban R1 dicatu oleh tegangan kapasitor. Sebenarnya garis b-c

bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan

kapasitor.

Kemiringan kurva b-c tergantung dari besar arus (I) yang mengalir ke

beban R. Jika arus I = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan

membentuk garis horizontal. Namun jika beban arus semakin besar,

kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Tegangan yang keluar akan

berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang besarnya adalah :

Vr = VM -VL

dan tegangan dc ke beban adalah Vdc = VM + Vr/2

Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan

ripple (Vr) paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan

kapasitor C, sehingga dapat ditulis :

VL = VM e -T/RC

Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperole

Vr = VM (1 – e -T/RC)

Jika T << RC, dapat ditulis : e -T/RC 1 – T/RC

sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang

lebih sederhana :

Vr = VM(T/RC)

VM/R tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan

antara beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr.

Perhitungan ini efektif untuk mendapatkan nilai tegangan ripple yang

diinginkan.

Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat dengan

menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2. Bisa juga dengan

menggunakan transformator yang tanpa CT, tetapi dengan merangkai 4

dioda seperti pada gambar-5 berikut ini.

Sebagai contoh, anda mendisain rangkaian penyearah gelombang penuh

dari catu jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A.

Berapa nilai kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki

tegangan ripple yang tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-

balik maka diperoleh.

C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF

Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang memiliki

polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor

yang digunakan harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya. Anda

barangkali sekarang paham mengapa rangkaian audio yang anda buat

mendengung, coba periksa kembali rangkaian penyearah catu daya yang

anda buat, apakah tegangan ripple ini cukup mengganggu. Jika dipasaran

tidak tersedia kapasitor yang demikian besar, tentu bisa dengan

memparalel dua atau tiga buah kapasitor

4. Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan antara lain :

1. Project board 2. Dioda 1N4001

3. Transformator

4. Catu daya

5. Osiloskop

6. Multimeter Digital

7. Multimeter Analog

8. Kabel

9. Kapasitor 100 µ F

10. Resisitor

11. Lampu 12 Volt

5. Prosedur Percobaan

Percobaan 5a : Menguji Diode

Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam percobaan ini adalah

1. Menghubungkan suplai d.c. 12 V kesebuah lampu 12 V, kemudian

menyalakan, dan memperhatikan berapa kuat nyala lampu

2. Menambahkan diode secara seri dengan lampu, seperti pada gambar

dibawah ini

3. Mengukur besar tegangan yang melewati lampu dan tegangan yang

melewati tiap arah dioda.

4. Mengukur tahanan dalam rangkaian menggunakan multimeter analog

dengan rentang Ω : 100

5. Mengukur tahanan dalam rangkaian menggunakan multimeter digital

dengan rentang Ω x 1000K

Percobaan 5b : Penghalusan dan Suplai Daya

Adapan langkah-langkah yang dilakukan dalam percobaan ini adalah

1. Menyusun sirkit seperti gambar dibawah ini dengan sebuah resistor

muatan sebesar 1 K0

2. Mengukur tegangan pada AB dengan memakai CRO dan menyelidiki

bentuk gelombangnya

Tanpa menyertakan C1 dalam sirkit

Dengan menyertakan C1 dalam sirkit

3. Mengulangi dengan memakai ukuran-ukuran kapasitor yang berlainan.

4. Mengulangi pengukuran diatas dengan beberapa seri “sumbatan” dan

kapasitor kedua yang dihubungkan untuk membentuk filter π

Percobaan 5c : Suplai daya d.c. radio transistor sederhana

Menyusun sirkit suplai daya sederhana seperti gambar di bawah ini :

Kemudian menyalakan suplai daya dan radio. Pengamat lalu

memperhatikan distorsi suara yang muncul.

Percobaan 5e : Aturan kerja suplai daya d.c. yang sederhana

Menyusun sirkit seperti gambar di bawah ini :

Kemudian mencatat besar tahanan muatan, tegangan muatan, dan arus

muatan ketika tahanan diubah dari 10k0 ke 100R0. Setelah itu,

menggambar grafik arus/tegangan pada rentang ukurannya yang lengkap.

6. Data Hasil percobaan

Percobaan 5a

Lampu menyala Lampu tidak

menyala

Lampu Diode Lampu Diode

3.15 V 0,82 V 0,03 V 9,93 V

Percobaan 5b

Tegangan AB dengan memakai CRO

Tanpa menyertakan C1 Menyertakan C1

13,6 Volt 16,52 Volt

Percobaan 5c

Pada output terdapat distorsi yang sangat jelas ketika diperdengarkan

suara.

Percobaan 5e

No. Komponen yang diukur Hasil Pengukuran

1. Hambatan (R) 10K 100R

2. Tegangan (V) 12,35 6,6

3. Arus (I) mA 0,6 A = 600 mA 10,7 A = 10.700 mA

7. Analisis Data

Percobaan 5a

Pada percobaan ini, praktikan menguji arah aliran arus sebuah diode.

Lankah awalnya kita harus menyusun rangkaian seperti di bawa ini

Saat lampu menyala, tegangan yang melewati lampu sebesar 3,15 Volt dan

tegangan yang melewati diode sebesar 0,82 Volt. Nyala lampu lebih kuat

karena…..

Saat lampu tidak menyala tegangan yang melewati lampu sebesar 0,03

Volt dan tegangan yang melewati diode sebesar 9,93 Volt. Jika kita

menggunakan multimeter analog dengan rentang Ω : 100( baterai

bertegangan rendah 1,5 Volt) maka arus akan mengalir jika terminal

positif ahmmeter dihubungkan ke katoda dan terminal negatifnya ke

anoda. Adapun hambatan yang di dapatkan sebesar 8 Ω.

Percobaan 5b

Untuk percobaan 5b, beban yang digunakan sebesar 10kΩ dan tegangan

yang digunakan sebesar 21 Volt. Adapun rangkaian percobaannya adalah

Tegangan pada AB tanpa menggunakan C1 dalam sirkit sebesar 13,6 Volt

dan saat C1 ( 10 mF) di pasang pada sirkit, tegangannya sebesar 16,52

Volt. Pada kapasitor 100 mF besar tegangannya adalah 18,40 Volt.

Percobaan 5c

Percobaan menguji suplai daya d.c. radio transistor sederhana ini diawali

dengan merakit alat seperti pada gambar di bawah ini :

Dengan muatan berupa radio transistor yang memerlukan sumber tegangan

9 V d.c. Selanjutnya menyalakan suplai daya dan radio. Percobaan ini,

menguji kejelasan distorsi suara. Berdasarkan hasil percobaan, diketahui

bahwa semakin besar kapasitor yang digunakan maka akan semakin jelas

distorsi suara yang terjadi.

Percobaan 5e

Percobaan aturan kerja suplai daya d.c. yang sederhana ini, diawali dengan

menyusun sirkit seperti gambar di bawah ini :

Setelah itu, melakukan pengukuran besar nilai tahanan muatan, tegangan

muatan, dan arus muatan ketika tahanan diubah dari 10k0 ke 100R0. Hasil

pengukuran telah dilampirkan pada Data dan Hasil Pengamatan.

Berdasarkan data hasil pengamatan maka dapat dibuat grafik hubungan

antara tegangan dan arus. Berikut grafik hubungan antara tegangan dan

arus (mA) :

Dapat dilihat bahwa kurva aturan kerja suplai daya d.c. sederhana ini

hanya memperoleh sedikit perbaikan sehubungan dengan aturan kerja.

8. Kesimpulan :

Berdasarkan data hasil pengamatan dan analisis data percobaan, maka

dapat disimpulkan bahwa :

1. Arus akan mengalir jika terminal positif ahmmeter dihubungkan ke

katoda dan terminal negatifnya ke anoda

2. Semakin besar kapasitor yang digunakan maka akan semakin jelas

distorsi suara yang terjadi

3. Kurva aturan kerja suplai daya d.c. sederhana hanya memperoleh

sedikit perbaikan sehubungan dengan aturan kerja